Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Обзор литературы 19
1.1. Современные представления о механизмах адаптации 19
1.1.1. Роль адаптации в жизнедеятельности человека 19
1.1.2. Механизмы адаптационных реакций 22
1.1.3. Цена адаптации 26
1.1.4. Адаптация к физическим нагрузкам 27
1.1.5. Конституция и адаптационные возможности организма 30
1.1.6. Вегетативный статус и процессы адаптации 33
1.2. Современные представления о ритмообразователъной функции сердца 35
1.2.1. Сино-атриальный узел - ведущий водитель ритма сердца 35
1.2.2. Роль симпатического и парасимпатического отделов 37 вегетативной нервной системы в регуляции сердечной деятельности
1.2.3. Контуры регуляции сердечного ритма 40
1.2.3. Вариабельность сердечного ритма 41
1.2.4. Использование математического анализа ВСР в физиологии и клинической практике 49
ГЛАВА 2 Материал и методы исследования 53
2.1. Общая характеристика исследований 53
2.2. Морфофункциональные методы 57
2.3. Физиологические методы 61
2.4. Вариационная пульсометрия 62
2.5. Спектральный анализ вариабельности сердечного ритма 63
2.6. Показатель активности регуляторных систем 64
2.7. Моделирование функциональных состояний 65
2.8. Методы математико-статистического анализа данных 66
ГЛАВА3 Функциональные критерии оценки вегетативного статуса и адаптационных возможностей организма
3.1. Методические подходы к исследованию вегетативного статуса и адаптационного потенциала 67
3.2. Значение индекса функциональной активности в оценке вегетативного статуса организма 69
3.3. Вариабельность сердечного ритма как критерий оценки состояния активности висцеральной нервной системы 72
3.4. Исследование функционального состояния организма с помощью программно-аппаратного комплекса АМСАТ 77
ГЛАВА 4 Золотые пропорции функциональных показателей кардио-респираторной системы как критерий оценки адаптационных возможностей человека 81
4.1. Золотые пропорции в интервалах ЭКГ 83
4.2. Золотые пропорции показателей артериального давления и резервных объемов дыхания 90
ГЛАВА 5 Морфофункциональные характеристики индивида в условиях относительного покоя и при физической работе
5.1. Морфофункциональные параллели между антропометричеким статусом и функциональными показателями кардиореспираторной системы 95
5.2. Тощая масса тела и физическая работоспособность 99
ГЛАВА 6 Адаптационные реакции и состояние регуляторных механизмов при выполнении дыхательных проб
6.1. Реакция сердечно-сосудистой системы на пробу с задержкой дыхания 113
6.2. Состояние регуляторних систем при гипервентиляции 120
6.3. Вегетативные реакции при моделировании гипоксического-гиперкапнического и гипоксического-нормокапнического состояний 127
6.4. Исследование реакции сердечно-сосудистой системы при дыхании с использованием тренажера Фролова 134
ГЛАВА 7 Пространственное положение позвоночника, адаптационные резервы организма и способы коррекции функционального состояния
7.1. Гемодинамические показатели, формирование ритма сердца и состояние регуляторных систем при вертикальном положении и боковых наклонах позвоночника 139
7.2. Гемодинамические показатели, формирование ритма сердца и состояние регуляторных систем при горизонтальном положении и боковых изгибах позвоночника 143
7.3. Формирование ритма сердца и регуляция вегетативных функций при изменении положения тела относительно гравитационных сил и вытяжении позвоночника 147
7.4. Реакция организма на применение устройства для тракционной коррекции грудного отдела позвоночника
7.5. Вегетативный статус пациентов в ходе мануальных воздействий (ПИРМ) 161
Заключение 164
Выводы 186
Список источников литературы 189
- Роль адаптации в жизнедеятельности человека
- Морфофункциональные методы
- Значение индекса функциональной активности в оценке вегетативного статуса организма
- Золотые пропорции показателей артериального давления и резервных объемов дыхания
Введение к работе
Актуальность проблемы. Адаптация к социальным и природным факторам окружающей среды является важнейшей закономерностью жизни. Изучение процесса адаптации следует считать одной из самых актуальных медико-биологических задач современности. Все периоды онтогенеза человека состоят из непрерывной череды процессов зарождения, развития и совершенствования структур и механизмов деятельности функциональных систем, которые обеспечивают приспособление и устойчивость функционирования организма.
В процессе жизни человеку приходится приспосабливаться к постоянно меняющимся экстремальным природно-климатическим факторам окружающего мира, а также адаптироваться к жестким социальным условиям. Диспропорции между различными адаптационными механизмами формируют и предъявляют организму значительную «цену адаптации» (Меерсон, 1981; Казначеев, 2000; Агаджанян, Никитюк, Полунин, 1996; Агаджанян, Полунин, 1998; Агаджанян, Баевский, Берсенева, 2000; Агаджанян, 2002; Никитюк, 2002).
Приспособление человека к физическим нагрузкам вырабатывалось в ходе длительной эволюции. Физическая активность на протяжении существенного периода развития являлась наиболее характерной чертой образа жизни человечества. Это способствовало гармоничному развитию основных физиологических систем, которые обеспечивали поддержание гомеостазиса и достижение полезного приспособительного результата (Анохин, 1998; Судаков, 2000, 2002, 2005). Современному человеку свойственна гиподинамия, которая привела к серьезным рассогласованиям в работе таких жизнеопределяющих систем как сердечно-сосудистая, дыхательная, опорно-двигательная. Развитие морфо-функциональных диспропорций между этими системами делает актуальным дальнейший поиск комплексных критериев оценки их состояния, а также путей преодоления функциональных нарушений.
Весьма актуальным и практически значимым является исследование адаптационного потенциала системы кровообращения и адаптационных резервов на организменном уровне. При этом необходимо учитывать, что дисрегуляционные расстройства связаны с нарушениями вегетативного гомеостазиса (Баевский, Берсенева, 1997; Ситдиков, Шайхелисламова, Валеев, 2001; Крыжановский, 2002; Котельников и др., 2003; Земцовский и др., 2004; Миронова, Миронов, 2006; Ferrari, 1990; Mano, 1990; Shannahoff-Khalsa, 1991). Снижение уровня приспособительных реакций к физическим нагрузкам в первую очередь связано с ограниченными возможностями сердечно-сосудистой системы. Это обусловлено детренированностью миокарда, расстройствами ритмообразовательной функции сердца, нарушениями проводящей системы, аномалиями развития, миокардитами, ишемической болезнью сердца, гипертонией (Залесский, Дынник, 2005). Практически при всех перечисленных состояниях происходит нарушение ритма сердечной деятельности, которое приводит к недостаточности всей сердечно-сосудистой системы. Среди арсенала современных методов диагностики нарушений сердечного ритма особое место занимают аппаратно-программные комплексы, которые позволяют анализировать кардиоинтервалограммы. Этот метод дает представление о центральных и периферических механизмах, оказывающих влияние на формирование ритма сердца. Несмотря на колоссальный опыт, накопленный в этой области, до сих пор нет единого мнения по вопросам механизмов формирования вариабельности сердечного ритма (Баевский, 2001; Котельников и др., 2002). Отсюда представляет несомненный интерес дальнейшее изучение центральных и периферических регуляторных механизмов, влияющих на формирование сердечного ритма при различных функциональных состояниях.
Конечной целью функциональной системы дыхания является поддержание должного уровня кислорода и углекислого газа в крови и создание определенной рН среды (Бреслав, Глебовский, 1981; Уэст, 1988; Сафонов, Миняев, Полунин, 2000). При физической нагрузке в организме накапливаются недоокисленные продукты обмена (молочная кислота, СО2 и другие активные физиологические вещества), нарушается не только дыхательный гомеостазис, но и многие другие функции организма, например, иммунитет. Углекислый газ является универсальным многогранным регулятором значительного числа физиологических процессов. В то же время его роль в организме до конца не изучена. Особый интерес в этой связи представляет исследование влияния углекислого газа на формирование ритма сердца.
Опорно-двигательный аппарат - основное морфофункциональное образование, которое противостоит постоянно действующей гравитации. Сколиозы, кифозы, врожденная патология и травмы позвоночника оказывают негативное влияние на антигравитационные реакции, а также на гемодинамику, процессы дыхания и механизмы регуляции вегетативных функций (Миронов и др., 2006; Верихов, Устинова, Зайцева, 2007). Боковое искривление позвоночника в зависимости от его выраженности и направления изгиба может оказать различное воздействие на центральные и периферические отделы нервной системы и на работу сердца. Характер и механизм этих воздействий до конца не изучены. В этой связи весьма актуальным и практически значимым является исследование влияния латеральных изгибов позвоночника на формирование сердечного ритма.
Адаптация есть комплексная реакция организма на экстремальные факторы, интенсивность и экстенсивность которых приводят к нарушениям постоянства внутренней среды. Адаптация представляет собой непрерывный процесс и имеет многоуровневый и динамический характер. Важнейшим признаком адаптированности является возможность выполнения всех видов социальной и биологической деятельности.
С позиций современных кибернетических представлений о конструктивных свойствах живых существ организм человека можно представить как слаженную интеграцию множества функциональных систем, одни из которых определяют динамическую устойчивость гомеостазиса, другие - адаптацию к внешней среде (Павлов, 1951; Анохин, 1998; Судаков, 2000; Судаков, Урываев, 2004; Карпов, 2005).
В основе адаптации лежит формирование доминирующей функциональной системы, полезным результатом которой является поддержание и восстановление нарушенного гомеостазиса. Многоуровневый принцип функциональных систем в целостном организме предусматривает участие как соматической, так и вегетативной нервной системы в процессах адаптации. Следует подчеркнуть, что при этом исключительную роль играет исходная реактивность, которая связана с морфофункциональным состоянием организма и во многом определяет характер предстоящей реакции на действие адаптогенных факторов. Определение исходной реактивности или так называемой «готовности к адаптации» имеет важное значение для прогнозирования характера ответной реакции организма в новых условиях существования (Илюхина, Заболотских, 2000; Казначеев, 2000; Казин и др., 2001; Бабошко и др., 2004; Крыжановский и др., 2004; Van-Lenthe, Snel, Twisk, 1998).
Гармония функциональных взаимоотношений является универсальным основополагающим принципом, обеспечивающим оптимальное функциональное состояние и максимальные адаптационные возможности организма. Эти взаимообусловленные отношения функциональных систем полностью согласуются с положениями учения о фрактальной структуре построения мира. Характеристики параметров взаимодействующих функциональных систем соответствуют закономерностям золотых пропорций. Закономерности золотых пропорций отражают внутреннюю гармонию человека, а, следовательно, имеет непосредственную связь с адаптационными процессами организма (Пидоу, 1979; Коробко, Примак, 1992; Васютинский, 1990; Цветков, 1984, 1997).
Цель исследования. Разработка концептуальных представлений об индивидуальной мере адаптационных возможностей организма на основе комплексного изучения основных физиологических функций организма.
Задачи исследования:
-
Провести анализ компонентов, входящих в классическую расчетную формулу адаптационного потенциала системы кровообращения, определить степень информативности данного критерия при исследовании резервных возможностей дыхательной системы.
-
Провести сравнительный анализ реакции испытуемых на гипоксию с нормокапническим и гиперкапническим компонентами с учетом исходного вегетативного статуса.
-
Провести исследование влияния антропометрических показателей и компонентов сомы на физическую работоспособность и реакцию организма на максимальную физическую нагрузку.
-
Изучить особенности формирования сердечного ритма в условиях относительного покоя, при задержке дыхания, гипервентиляции легких и максимальной физической нагрузке.
-
Исследовать влияние пространственного положения позвоночника и сил гравитации на показатели гемодинамики и вариабельности сердечного ритма.
-
Исследовать закономерность золотых пропорций в соотношении физиологических показателей кардио-респираторной системы при различных функциональных состояниях.
-
Исследовать функциональное состояние организма по показателям гемодинамики и особенностям формирования ритма сердца в процессе применения мануальной терапии и аппаратного устройства для коррекции позвоночника.
-
Разработать интегральный показатель функциональной активности симпатического отдела вегетативной нервной системы с учетом ее адрен- и холинэргических влияний на органы и ткани организма.
-
Разработать принципиально новые методические подходы для оценки функционального взаимодействия кардио-респираторной и опорно-двигательной систем и установления индивидуальной меры дисрегуляторных отклонений.
Новизна исследования. Разработано концептуальное представление об индивидуальной мере адаптационных возможностей организма, основанное на мультипараметрической оценке состояния основных функциональных систем с учетом гравитационных влияний.
Получены новые данные, характеризующие значение антропометрических параметров и типа телосложения в формировании вегетативного статуса человека, а также их влияние на физическую работоспособность.
Впервые показана роль пространственного положения позвоночника в реализации механизмов нервной регуляции вегетативных функций при выполнении функциональных проб с изменением положения тела. Впервые определено закономерное влияние направления изгиба позвоночника во фронтальной плоскости на формирование сердечного ритма и гемодинамику в целом.
Разработан новый способ оценки состояния симпатического отдела вегетативной нервной системы с учетом ее адренэргических и холинэргических влияний на организм, что позволило среди обследованных выделить лиц с низкой, умеренной и высокой активностью симпатического отдела вегетативной нервной системы.
Новизна исследования заключается в выявлении золотых пропорций систолического и диастолического артериального давления, интервалов QT и TQ ЭКГ, резервных объемов выдоха и вдоха и использовании закономерности золотых пропорций для оценки адаптационных возможностей организма.
Впервые применено разработанное нами и запатентованное устройство для тракционной коррекции грудного отдела позвоночника с целью нормализации вегетативного статуса.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Методические подходы к исследованию функций сердечно-сосудистой, дыхательной и опорно-двигательной систем, используемые в настоящей работе, позволяют дать оценку физического состояния организма, уровня его адаптационных возможностей и установить значение меры индивидуальных различий при разных функциональных состояниях.
-
Тип телосложения человека оказывает закономерное влияние на его физическую работоспособность, что особенно ярко выражено при значительном мышечном напряжении. Длина тела оказывает влияние на формирование величины артериального давления, опосредуя свой эффект через силы гравитации.
-
Характер геометрии позвоночника, обусловленный искривлениями во фронтальной плоскости, определяет особенности вегетативного статуса человека. Изменение величины продольной осевой нагрузки на позвоночник отражается на состоянии нервных механизмов регуляции сердечно-сосудистой системы при выполнении ортостатической и клиностатической функциональных проб.
-
Золотые пропорции показателей функциональной активности кардио-респираторной системы позволяют оценить адаптационные возможности организма в диапазоне от уровня физиологического покоя до максимально допустимых физических нагрузок.
-
Анализ характера ответных реакций человека на дыхательные пробы следует проводить с учетом антропометрических особенностей и исходной активности вегетативной нервной системы индивида.
Теоретическая и практическая значимость
Диссертационная работа выполнена в русле современной интегративной физиологии человека. Комплексное исследование морфофункциональных характеристик основных висцеральных систем человека имеет теоретическое и практическое значение для решения проблемы индивидуальной биологической устойчивости к действию экстремальных факторов.
Теоретическую и практическую значимость имеют представления о роли пространственного положения позвоночника в формировании вегетативного гомеостазиса, в регуляции функций сердечно-сосудистой и дыхательной систем и компенсаторно-приспособительных механизмах. Учет геометрии позвоночника и гравитационных влияний позволяет правильно трактовать реакции организма на проведение диагностических мероприятий.
Разработанное устройство для тракционной коррекции грудного отдела позвоночника имеет непосредственное значение для устранения ряда функциональных нарушений позвоночника, а также для нормализации вегетативного статуса организма в стрессовых ситуациях. Полезным является включение приемов мануальной терапии в комплексные программы реабилитации лиц, находящихся в депрессивных состояниях вследствие психо-эмоциональных и физических воздействий.
Применение новых методов и способов оценки вегетативного гомеостазиса, функционального состояния сердечно – сосудистой системы и физической работоспособности имеет большое практическое значение для определения адаптационных возможностей организма, диагностики переходных состояний, прогнозирования исходов компенсаторно-приспособительных реакций, разработки оздоровительных программ и создания мер профилактики.
Материалы диссертации включены в лекционные курсы и находят применение на занятиях по физиологии, экологии человека, психофизиологии в Астраханской государственной медицинской академии и в Астраханском государственном университете.
Апробация работы
Основные результаты исследований доложены и обсуждены на итоговых научных конференциях Астраханской государственной медицинской академии (1994 – 2004); итоговых научных конференциях Астраханского государственного университета (1992 – 2004); III Всероссийской научной конференции «Эколого-биологические проблемы волжского региона и северного прикаспия» (Астрахань, 2000); Всероссийской конференции молодых ученых Северного Кавказа по физиологии и валеологии (Ростов-на-Дону, 2000); Международной конференции, посвященной 55-летию института возрастной физиологии РАО (Москва, 2000); Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы физической культуры, спорта и туризма» (Петрозаводск, 2000); VIII и X Международной конференциях «Циклы природы и общества» (Ставрополь, 2000, 2002); XI Всероссийской и XIII Международной научно-практических конференциях по проблемам физического воспитания учащихся «Человек, здоровье, физическая культура и спорт в изменяющемся мире» (Коломна, 2001, 2003); XI и XII Международных симпозиумах «Эколого-физиологические проблемы адаптации» (Москва, 2003, 2007); Всероссийской научно-практической конференции «Биоразнообразие и биоресурсы Среднего Поволжья и сопредельных территорий» (Казань, 2002); VI Международной конференции «Эколого-биологические проблемы бассейна Каспийского моря» (Астрахань, 2003); II Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии» (Караганда, 2003); научно-практических конференциях с Международным участием «Современные достижения фундаментальных наук в решении актуальных проблем медицины» (Астрахань-Волгоград-Москва, 2004, 2006, 2008); II Международной научно-практической конференции «Человек и животные» (Астрахань, 2004); Всероссийской конференции с международным участием «Биологические аспекты экологии человека» (Архангельск, 2004); Международной научной конференции «Физиология развития человека» (Москва, 2004); XIX съезде физиологического общества им. И.П.Павлова. (Санкт-Петербург, 2004); I Съезде физиологов СНГ «Физиология и здоровье человека» (Сочи, Дагомыс, 2005); Международной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы медицины и биологии» (Тунис, 2005); VII и VIII Международных славянских конгрессах по клинической электрофизиологии сердца «КАРДИОСТИМ» (Санкт-Петербург, 2006, 2008); Сателитном симпозиуме «Экология и здоровье» XX Съезда физиологов России (Москва, 2007); Научной международной конференции «Фундаментальные и прикладные исследования. Образование, экономика и право» (Италия, Римини, 2007); Межрегиональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы кардиологии детей и взрослых - 2007 (Астрахань, 2007); V конференции молодых ученых России с международным участием «Физиологические науки и прогресс клинической медицины» (Москва, 2008); II съезде физиологов СНГ (Кишинэу, 2008).
Обоснование научных положений и выводов. Научные положения и выводы диссертации логически вытекают из результатов исследований. Личный вклад автора в работу заключается в теоретическом обосновании проблемы, выборе направления исследований, и непосредственном участии в выполнении экспериментов, статистической обработке материалов и написании работы.
Анализ результатов, их теоретическое обоснование, разработка концептуальных представлений об индивидуальной мере адаптационных возможностей организма осуществлены непосредственно автором.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 52 работы, в том числе 11 статей в журналах, рекомендуемых ВАК для публикации материалов докторских диссертаций, монография, учебное пособие. Получен патент на изобретение.
Структура и объем диссертации
Диссертация написана по классическому типу и состоит из введения, обзора литературы, главы «материал и методы исследования», 5 глав собственных исследований, заключения, выводов и списка источников литературы. Общий объем диссертации составляет 230 страниц с 60 таблицами и 23 рисунками. Список литературы включает 376 источников, в том числе 108 иностранных.
Роль адаптации в жизнедеятельности человека
Жизнь человека протекает в условиях окружающей среды, экстремальные факторы которой предъявляют серьезные требования к работе отдельных органов, систем и организму в целом. В соответствии с концепцией учения о постоянстве внутренней среды — гомеостазисе, отклонения параметров функционирования организма от заданных физиологических величин приводят к активации готовых программ компенсаторно-приспособительных реакций или к формированию новых адаптивных комплексов. Адаптация реализуется в виде сложных комбинированных реакций, которые затрагивают различные сферы деятельности на микро- и макроуровне, в микро- и макромасштабах времени. Стратегия процесса адаптации заключается в преобразовании пространственно-временной конструкции потоков информации, энергии и структуры, обеспечивающей оптимальный уровень морфофункциональной организации биосистем в неадекватных условиях среды (Казначеев, 1980).
Физиологическая адаптация характеризуется устойчивым уровнем активности и взаимосвязи функциональных систем, механизмов нейро-гуморальной и клеточной регуляции, которые обеспечивают все виды биологической и социальной деятельности человека (Меерсон, 1981; Агаджанян, Торшин, 1994; Агаджанян, Полунин, 1998; Баевский, Берсенева, 2001; Агаджанян и др., 2005; Шабалин, 2007; Рубин и др., 2008). Однако, эти процессы возможны лишь в том случае, если изменения, возникшие в организме, не превысили предельно допустимых отклонений (Торшин, 2007; Guillot, 2002). С позиций адекватности и неадекватности условий внешней среды выделяют следующие состояния жизнедеятельности организма: 1) физиологические, 2) состояние напряжения, 3) адаптацию, 4) патологические (Казначеев, 1980).
Причины приводящие к развитию компенсаторно-приспособительных реакций называются адаптогенными, экстремальными или стресс-факторами (Селье, 1960; Агаджанян, Полунин, 1998). На человека одновременно может действовать целый комплекс природных, временных и социальных адапто-генных факторов. В силу объективных и субъективных причин оптимальное приспособление ко всем экстремальным факторам практически невозможно, и человеку как биосоциальному существу приходится адаптироваться к наиболее для себя значимым.
Механизмы приспособительных реакций можно рассматривать в рамках генотипической и фенотипической адаптации. Первая формируется в длительном процессе филогенеза, закрепляется в генетическом материале и передается по наследству. Эта адаптация является видовой. Фенотипическая адаптация формируется в ходе индивидуальной жизни организма при взаимодействии с неблагоприятными факторами окружающей среды. В организме на основе селективной экспрессии генов формируется структурный след, раскрывающий новые функциональные возможности жизнедеятельности в экстремальных условиях (Агаджанян, Торшин, 1994, Делоне, Солониченко, 1999).
В приспособительном поведении человека различают три варианта реакций. Первый заключается в преобразовании неблагоприятного раздражителя или уклонении от его действия. Второй сопровождается изменением функциональной активности физиологических систем, которые причастны к сохранению параметров гомеостаза на исходном уровне. Третий характеризуется формированием новых функциональных систем, которые изменяют соотношения активности различных органов и тканей, включают резервные возможности организма и, в конечном итоге, обеспечивают восстановление баланса внутренней среды организма. Второй и третий варианты адаптационных реакций можно рассматривать как физиологические процессы, направленные на сохранение гомеостазиса (Агаджанян, Торшин, 1994).
Адаптация в классическом варианте проходит три стадии, описанные канадским ученым Гансом Селье: реакцию тревоги, стадию резистентности, стадию истощения (Селье, 1960). При этом стадии тревоги и резистентности могут входить в комплекс физиологической адаптации. Далее в обзоре мы остановимся на физиологических механизмах приспособительных реакций.
Первая стадия является аварийной. Вследствие активации симпатико-адреналовой системы происходит увеличение работы органов дыхания и кровообращения, усиливаются процессы, обеспечивающие энергетические потребности организма. Функциональная активность носит избыточный характер, а работа органов и систем недостаточно скоординирована. Висцеральные и соматические реакции протекают на фоне повышенной эмоциональной активности, чаще всего имеющей негативные оттенки (Селье, 1960; Агаджанян, Полунин, 1998; Оганов, Погосова, 2007).
Стадия резистентности или устойчивой адаптации характеризуется преобразованием функциональных систем, которые обеспечивают основные жизненные потребности организма. Работа органов и систем скоординирована, управление их деятельностью достигает совершенства. В эту стадию продолжается дальнейшая мобилизация энергетических ресурсов, иммунных систем, повышается синтез структурных и ферментативных белков, формируется структурный след адаптации (Агаджанян, Полунин, 1998).
Диагностика состояния адаптационных механизмов является одной из важнейших задач современной медицины. Усилия по ее разрешению направлены в первую очередь на оценку параметров кардио-васкулярной и респираторной систем, а также сбалансированности связей и резонанса между ними. Стадии развития стресс-реакции можно считать благоприятными, если возникает согласованность во взаимодействии физиологических процессов целостного организма (Селье, 1960; Судаков, 2000; Дмитриева, 2004; Шабалин, 2007). Серьезной причиной задержки формирования адаптационного процесса является недостаточность функциональных резервов и нарушение взаимодействия между нервными центрами, которые затрудняют координацию функций кровообращения и дыхания (Кривощеков, Диверт, 2001).
Адаптация человека к неблагоприятным экологическим факторам может приобретать характер срочной или долговременной стратегии. Срочная адаптация проявляется сразу после начала действия раздражителя и включает целый комплекс ответных реакций. В основе срочной адаптации лежат готовые физиологические механизмы, которые сформировались в процессе эволюции при постоянном воздействии неблагоприятных условий существования на организм. Это первая линия защиты от повреждающего влияния экстремальных факторов. Так, мышечная работа даже у нетренированного человека вызовет увеличение глубины и частоты дыхания, подъем артериального давления и возрастание ударного объема сердца, мобилизацию резерва гликогена. Характерной чертой срочной адаптации является полная мобилизация функциональных резервов, чрезмерное напряжение физиологических возможностей и несовершенство регуляторных механизмов (Хочачка и Со-меро, 1977; Меерсон, 1981; Морозова, 2006; Натрус, 2006; Нехорошкова, 2006).
Морфофункциональные методы
Анализ ВСР нашел широкое применение в физиологии и клинической медицине (Попов, Фрицше, 2006). Математический анализ вариабельности сердечного ритма используют для диагностики функциональных состояний, оценки адаптивных возможностей организма и вегетативного гомеостаза (Ахлямова, 2007; Машин, 2007; Муралиев и др., 2007; Муха, Бугров, 2007; Urban-Rovan et al., 2007).
Динамика интегральных характеристик вариабельности сердечного ритма у студентов в режиме однодневной и недельной учебной нагрузки, а также при экзаменационном стрессе указывает на возрастание активности симпатического отдела вегетативной нервной системы и одновременное уменьшение активности парасимпатического отдела во время экзаменов (Щербатых, 2001; Геворкян и др., 2006). Анализ ВСР позволяет выявить различия в механизмах вегетативной регуляции сердечного ритма при умственной и физической деятельности у детей младшего школьного возраста (Си-ницкая, 2006). С возрастом отмечается уменьшение вариабельности ЧСС, однако под влиянием терапии эстрогенами формируется кардиопротекторный эффект (Neves et al., 2007).
Математический анализ вариабельности сердечного ритма у людей в условиях функционального покоя, при физических нагрузках разной мощности и при гипоксическом воздействии большой интенсивности позволил выделить три типа корреляционных кардиоритмограмм и 4 группы функционального резерва и здоровья организма (Шукуров, 2008).
Показатели сердечного ритма выступают в роли маркеров функциональных состояний организма. После длительных аэробных физических тренировок происходит повышение высокочастотного и снижение низкочастотного компонентов спектра ЧСС, что обусловлено улучшением вегетативной иннервации сердца (Zoppini et al., 2007). Супрамаксимальное физическое напряжение вызывает подавление ВСР (Niewiadomski et al., 2007).
Вариационная пульсометрия и анализ спектра волн сердечного ритма имеют прогностическое значение, позволяют оценить уровень адаптации организма. Длительное увеличение ЧСС связано с повышением смертности, заболеваемости и развитием внезапной сердечной смерти (Терещенко, Чуич, Джаиани, 2007). Обнаружено, что излишняя периодичность продолжительности кардиоинтервалов, равно как и чрезмерная хаотичность свидетельствуют о нарушении механизмов гомеостаза и являются неблагоприятными прогностическими факторами. Изменения временной и частотной характеристик сердечного ритма в основном зависят от характера исходной несбалансированности вегетативных влияний на сердце (Маляренко и др., 2008).
Анализ кардиоинтервалограмм с помощью современной аппаратуры позволяет оценить функциональные возможности на рабочих местах. Было установлено, что психическое и физическое воздействие, которое испытыва 51 ют рабочие производств с тяжелыми условиями труда, приводит к выраженному напряжению и перенапряжению регуляторных систем. Это требует дополнительных функциональных резервов и мобилизации защитных механизмов (Сакиев, Сраубаев, 2008).
На ранних этапах водолазного погружения резко меняется волновая структура сердечного цикла, заключающаяся в увеличении VLF%, снижении LF% и FIF%, увеличении степени централизации управления ритмом сердца при практически неизменной суммарной мощности спектра волн (Ефиценко и др., 2008).
В ходе исследования кардиологических больных установлена взаимосвязь между временными показателями ВСР (SDNN, rMSSD, pNN50) и различными вариантами клинического течения острого периода инфаркта миокарда (Люсов и др., 2007). В зависимости от стадии цереброваскулярных заболеваний выявлены изменения показателей вариационной пульсометрии и спектрального анализа ВСР, указывающие на дезинтеграционные нарушения адаптационных механизмов (Мухаметжанова, 2006).
Анализ вариабельности сердечного ритма позволяет определить неврологический статус и оценить эффективность проведения приемов мануальной терапии (Звездин, 2006; Barbie et al., 2007).
Комплексная клиноко-физиологическая, психодиагностическая и иммунологическая оценка беременных в совокупности с анализом вариабельности сердечного ритма позволяют выявить тип адаптации к родовому процессу и прогнозировать исход родов (Мамиев, 2006).
Метод компьютерной кардиоинтервалографии позволяет выявлять особенности реакции вегетативной нервной системы у потерпевших с легкими формами черепно-мозговых травм при проведении судебно-медицинской экспертизы (Малахов, 2007). Спектральный анализ ВСР на основе 20-минутной и более длинной записи компьютерной кардиоинтрвалографии позволяет провести диагностику смерти головного мозга (Елфимов, Спирин, 2006). Математический анализ ВСР нашел применение при исследовании реакции организма на внешние раздражители. Среди множества факторов, приводящих к нормализации циркадного профиля ритма сердца, следует выделить пролонгированное воздействие классической музыки, которая усиливает парасимпатические влияния, повышает активность эрготропных и трофо-тропных систем (Кириллова и др., 2007).
Уменьшение продолжительности R-R интервалов при линейных ускорениях обусловлено деятельностью вестибулярного аппарата (Jauregui-Renaud et al., 2006).
Внутривенное введение регуляторных пептидов приводит к изменению таких электрофизиологических показателей сердца человека как длительность кардиоцикла, время восстановления функции синусного узла, удлинение эффективного рефрактерного периода атриовентрикулярного соединения, замедление синоатриального проведения (Осадчий и др., 2001).
Значение индекса функциональной активности в оценке вегетативного статуса организма
Интегральный показатель активности регуляторных систем (PARS) дает комплексную оценку вариабельности сердечного ритма. Он вычисляется в баллах по специальному алгоритму, заложенному в программу компьютерной обработки продолжительности кардиоинтервалов. Показатель включает 5 критериев: А - суммарный эффект регуляции, рассчитывается по показателям частоты пульса; В - функция автоматизма, вычисляется по коэффициенту вариации полного массива кардиоинтервалов и разности между их максимальными и минимальными значениями; С - вегетативный гомеостаз, оценивается по амплитуде моды и разности между максимальными и минимальными значениями кардиоинтервалов; D - состояние вазомоторного сосудистого центра, рассчитывается по, мощности низкочастотного диапазона спектра ВСР; Е - состояние симпатического сердечно-сосудистого подкоркового нервного центра, определяется по мощности очень низкочастотного диапазона спектра ВСР. Каждой характеристике присваивается целое число по шкале от -2 до +2. Величина PARS складывается из абсолютных значений каждой характеристики. PARS дает возможность дифференцировать различную степень напряжения регуляторных систем, что позволяет отнести обследуемого к одному из четырех функциональных состояний: состояние нормы или удовлетворительной адаптации (1-3 балла); состояние функционального напряжения (донозологическое состояние) (4-5 баллов); состояние перенапряжения или неудовлетворительной адаптации (пре-морбидное состояние) (6-7 баллов); состояние истощения регуляторных систем или срыва адаптации (8-10 баллов). Исследования проводились в условиях относительного покоя и при моделировании различных функциональных состояний. Функциональные состояния определялись действием доминирующих факторов: физическая нагрузка, гипоксия с гиперкапническим и нормокапническим компонентами, задержка дыхания, гипервентиляция, изменение положения тела в пространстве, изменение геометрии позвоночника (наклоны, изгибы, вытяжения), применение устройства для тракционной коррекции грудного отдела позвоночника, приемы мануальной терапии. Физическая нагрузка обеспечивалась с помощью велоэргометра «Medicor» (Венгрия). Величина нагрузки дозировалась в зависимости от исходного состояния испытуемого и его физических возможностей и составляла от 50 до 200 Watt. Моделирование гипоксии с гиперкапническим компонентом осуществлялось путем дыхания по закрытому контуру через оксиспирограф «Мета-1-25» без поглотителя углекислого газа. Состояние гипоксии с нормальным содержанием углекислого газа воспроизводилось с помощью оксиспирографа с поглотителем углекислого газа (натронная известь). Задержка дыхания проводилась на вдохе (проба Штанге) и на выдохе (проба Генча) до отказа от выполнения пробы (Горбунов, 2003). Гипервентиляционная нагрузка осуществлялась в течении 1 минуты при максимальной частоте и глубине дыхания (Вейн и др., 1991). Ограничение продолжительности пробы было обусловлено развитием субъективных ощущений. Ортостатическая и клиностатическая функциональные пробы выполнялись по общепринятой методике (Servit, 1948; Birkmayer, 1966). Переход из горизонтального положения в вертикальное и обратно осуществлялся активно. В исходном положении испытуемого и при изменении положения тела в пространстве проводили регистрацию физиологических параметров сердечно-сосудистой системы, записывали ЭКГ. Разгрузка грудного отдела позвоночника в вертикальном положении испытуемых достигалась с помощью сконструированного нами устройства. Тракция осуществлялась за подмышечные впадины с усилием от 20 до 30 кг в зависимости от массы тела. Воздействие на позвоночник осуществляли с помощью устройства для коррекции грудного отдела позвоночника в горизонтальном положении в течение 10 минут. Мануальная терапия включала постизометрическую релаксацию мышц и приемы мобилизации двигательных сегментов позвоночника (Веселовский, 1991; Левит и др., 1993; Лиев, Татьянченко, 1996). Полученные результаты статистически обработаны по программе электронных таблиц EXCEL в системе WINDOWS. Использовался t - критерий Стьюдента; корреляционный анализ (Лакин, 1980; Автандилов, 1990; Реброва, 2002). Для анализа динамики физиологических показателей в ходе экспериментов применялся метод прямых разностей (Некляев Н.Ф., 1968).
Статистическая, геометрическая и спектральная обработка кардиоинтер-валограмм осуществлялась по программе ИСКИМ-6, разработанной в институте внедрения новых медицинских технологий (г.Рязань) (Семенов, Баев-ский, 1996).
Золотые пропорции показателей артериального давления и резервных объемов дыхания
В природе объекты и явления состоят из большого количества различных компонентов, образующих единое целое. Все элементы целостной системы, независимо от уровня организации, находятся в определенных взаимоотношениях, которые и определяют возможность ее формирования. Принято считать, что качественные и количественные характеристики объекта или явления представлены в гармоничных пропорциях. Одной из таких пропорций является «золотая пропорция» или «золотое сечение». Золотая пропорция — это соотношение частей одной системы, когда целое относится к большей части так, как большая часть относится к меньшей. Такое соотношение может принимать цифровые значения примерно равные 0,618; 1,618; 2,618; 3,618 и т.д. (Пидоу, 1979, Коробко, Примак, 1992; Васютинский, 1990). Жизнь человека можно считать гармоничной, если на природные и социальные факторы у него возникают полноценные и адекватные адаптационные реакции. В этой связи одной из задач современной медицины является оценка резервных возможностей организма, определение значений регулируемых физиологических показателей при максимально допустимых нагрузках. Абсолютные значения параметров физиологических процессов изучены в достаточной степени как в условиях относительного функционального покоя, так и при экстремальных состояниях. Вместе с тем существенный интерес представляют также изучение пропорций показателей работающего организма, которые могут приобретать выражения золотого сечения.
В условиях покоя установлены проявления золотых пропорций в соотношениях частей тела, в электрических колебаниях мозга, в лейкоцитарной формуле крови ребенка, распределении людей по группам крови, пороге слышимости, в показателях артериального давления, частоты пульса, биоритмах (Цветков, 1984, 1997; Коробко, Примак, 1992; Ячейко, 2007). Многие из этих параметров образуют жесткую систему гомеостаза, поэтому даже незначительные отклонения от заданных пропорций могут привести к серьезным структурным и функциональным нарушениям. Среди лабильных показателей функциональных систем допустима вариабельность в пределах физиологической нормы, но даже если отклонения от средних величин и не формируют патологического процесса, существуют предпосылки развития дисгармонических состояний, которые приводят к нарушению адаптационных возможностей человека. Можно предположить, что и золотые пропорции ведут себя подобным образом, формируя как жесткие, так и пластичные константы.
Золотые пропорции возникают не только при минимальной функциональной активности организма, но и на границе предельно допустимых нагрузок. К таким пропорциям можно отнести соотношение между систолическим артериальным давлениемя в покое (120 - 130 мм рт. ст.) и максимально возможным АДс при предельно допустимых физических нагрузках (230 -250 мм рт. ст.) (Коробко, Примак, 1992; Агаджанян, Марачев, Бобков, 1998). И всё же, несмотря на многочисленные работы, посвященные исследованиям золотого сечения, многие аспекты этого феномена требуют дальнейшего рассмотрения.
Нами были установлены золотые пропорции некоторых физиологических показателей, которые использовались в качестве критериев оценки адаптивных возможностей человека при физической нагрузке. Мышечная работа в качестве адаптогенного фактора была выбрана не случайно, т.к. возможность приспособления к ней выработалась в ходе эволюции, и закрепилась генетически. Тем не менее, несмотря на общебиологическую закономерность, адаптация к мышечной работе, как и другие виды приспособительных реакций, имеет индивидуальный характер.
Адаптация организма к мышечной работе знаменуется формированием функциональных систем, ведущее место в которых отводится приспособительным возможностям сердца и сосудов. Сердечно-сосудистая система поддерживает необходимый уровень газов в крови и тканях, обеспечивает доставку питательных веществ к работающим мышцам и способствует выведению метаболитов. Эффективность этой деятельности связана с величиной минутного объема кровотока (МОК) и показателями артериального давления.
Минутный объем крови является произведением частоты сердечных сокращений и систолического объема. При этом увеличение сердечных сокращений при физической нагрузке с одной стороны непосредственно способствует росту МОК, а с другой стороны уменьшает этот показатель, лимитируя время, в течение которого идет наполнение желудочков кровью.
Систолический или ударный объем крови, составляя в условиях функционального покоя величину около 75 мл, при физической нагрузке может возрастать до 150 и более (Агаджанян, Марачев, Бобков, 1998). Эти изменения связаны с увеличением венозного возврата крови, конечного диа-столического объема и силы сердечных сокращений. При этом динамика показателя систолического объема сопряжена с трансформацией ЧСС. В диапазоне от 60 до 120 ударов в минуту отмечается рост СО, и соответствующее увеличение МОК. Дальнейшее увеличение ЧСС до 170-180 ударов в минуту приводит к снижению систолического объема, однако МОК продолжает увеличиваться. При ЧСС больше 170 в минуту МОК начинает снижаться, так как СО падает до критических цифр, и физическая нагрузка становится неадекватной адаптивным возможностям индивида.
Итак, соотношение систолы и диастолы во многом определяет приспособительные возможности организма к физическим нагрузкам. Как правило, выделяют механическую и электрическую составляющие данного процесса. И хотя их временные интервалы могут не совпадать, они отражают общие закономерности работающего сердца. При этом определение продолжительности механических процессов сопряжено с применением сложной аппаратуры, в то время как длительность электрических может быть получена с помощью обычного электрокардиографа.
Одной из задач настоящей работы было выявление золотых пропорций продолжительности интервалов ЭКГ в условиях функционального покоя и при максимальной физической нагрузке. В данное исследование входили расчеты соотношений длительности интервалов QT и TQ и продолжительности кардиоциклов, определение максимальной физической работоспособности по пробе PWCno, адаптационного потенциала, гемодинамических показателей, оценка вегетативного статуса до и после физической нагрузки.
